石墨添加剂对磁流变脂流变特性的影响

doi:10.12068/j.issn.1005-3026.2024.02.007

摘要/Abstract

摘要：

为了研究石墨添加剂对磁流变脂流变特性的影响，采用润滑脂为基体，制备了石墨粉末质量分数为0%，2%，5%，8%，10%的石墨磁流变脂（graphite magnetorheological grease，GMRG）.使用安东帕流变仪测量了5种材料在稳态剪切模式和振荡剪切模式下的流变特性，并对石墨添加剂质量分数对磁流变脂屈服应力和黏弹性的影响进行了研究.结果表明，对比未添加石墨的磁流变脂，石墨质量分数分别为2%，5%，8%和10%的磁流变脂可以在加载电流为3 A时获得更高的屈服应力，并且屈服应力分别提升了40.49%，54.12%，81.48%和147.48%.此外，石墨添加剂质量分数越大，石墨磁流变脂的黏弹性特征就越明显，但获得的相对磁流变效应越小.研究还发现石墨质量分数的变化对石墨磁流变脂的线性黏弹区间影响不大.

关键词: 磁流变脂, 石墨, 振荡剪切, 流变学, 屈服应力

Abstract:

To study the effect of graphite additive on the rheological properties of magnetorheological grease， graphite magnetorheological grease （GMRG） was prepared. The GMRGs with graphite powder mass fractions of 0%， 2%， 5%， 8% and 10% were prepared using grease as the matrix. The rheological properties of 5 groups of GMRG were measured in steady-state shear and oscillatory shear modes， and the effect of graphite additive mass fraction on yield stress and viscoelasticity was analyzed. The results showed that compared with the magnetorheological grease without graphite powder addition， the GMRG can achieve higher yield stress under the loading current of 3 A. The yield stress of the GMRG was increased by 40.49%， 54.12%， 81.48% and 147.48% with graphite mass fractions of 2%， 5%， 8% and 10%， respectively. In addition， with， the viscoelastic characteristics of the GMRG become more pronounced as the graphite mass fraction increase， but the relative magnetorheological effect achieved by the GMRG becomes smaller. The mass fraction of graphite does not affect the linear viscoelastic range of the GMRG was also found.

Key words: magnetorheological grease, graphite, oscillatory shear, rheology, yield stress

中图分类号:

TB 381

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图/表 11

表1 各种磁流变脂组成成分(质量分数) (%)

Table 1 Composition of various MRG samples （mass fraction）

试样	羰基铁粉	润滑脂	石墨粉末
MRG	70	30	0
GMRG-2	70	28	2
GMRG-5	70	25	5
GMRG-8	70	22	8
GMRG-10	70	20	10

图1 MCR302平行板流变仪测试原理

Fig. 1 MCR302 parallel plate rheometer test principle

图2 MRG和GMRG在不同加载电流下的黏度随剪切速率变化曲线（a）—加载电流为0 A；（b）—加载电流为2 A.

Fig. 2 Viscosity versus shear rate curves of MRG and GMRG under different loading currents

图3 MRG和GMRG在不同加载电流下的剪切应力随剪切速率变化曲线（a）—加载电流0 A；（b）—加载电流1 A；（c）—加载电流2 A；（d）—加载电流3 A.

Fig. 3 Variation of shear stress with shear rate for MRG and GMRG under different loading currents

表2 MRG与GMRG在各加载电流下的剪切屈服应力

Table 2 The shear yield stress of MRG and GMRG at various loading currents

材料	加载电流/A	磁场强度/mT	屈服应力/Pa
MRG	0	0	33.595
	1	244	7 637.684
	2	491	15 559.783
	3	726	16 050.786
GMRG-2	0	0	46.443
	1	244	8 625.888
	2	491	19 986.305
	3	726	22 550.019
GMRG-5	0	0	172.789
	1	244	9 473.651
	2	491	22 018.794
	3	726	24 738.405
GMRG-8	0	0	178.179
	1	244	10 991.118
	2	491	28 207.162
	3	726	29 130.154
GMRG-10	0	0	604.490
	1	244	19 440.271
	2	491	37 951.369
	3	726	39 755.280

图4 MRG和GMRG屈服应力在加载电流为0 A和3 A下的对比

Fig. 4 Comparison of MRG and GMRG yield stress at loading current of 0 A and 3 A

图5 MRG和GMRG在不同加载电流下的储能模量随应变幅值变化曲线（a）—加载电流为0 A；（b）—加载电流为2 A.

Fig. 5 Variation of storage modulus with shear strain of MRG and GMRG under different currents

图6 MRG和GMRG在不同加载电流下的损耗模量随应变幅值变化曲线（a）—加载电流为0 A；（b）—加载电流为2 A.

Fig. 6 Variation of loss modulus with shear strain of MRG and GMRG under different currents

图7 石墨添加剂对磁流变脂流变特性影响的微观作用机理示意图（a）—无磁场的MRG；（b）—无磁场的GMRG；（c）—有磁场的MRG；（d）—有磁场的GMRG.

Fig. 7 Schematic diagram of the microscopic mechanism of the effect of graphite additives on the rheological properties of magnetorheological greases

图8 相对磁流变效应随电流的变化情况

Fig. 8 Variation of the relative magnetorheological effects with different currents

表3 MRG与GMRG相对磁流变效应对比 (%)

Table 3 Comparison of relative magnetorheological effects of MRG and GMRG

材料	相对磁流变效应 $R e f f$
MRG	35 594.2
GMRG-2	10 922.9
GMRG-5	9 436.8
GMRG-8	3 349.7
GMRG-10	856.7

表3 MRG与GMRG相对磁流变效应对比 (%)

Table 3 Comparison of relative magnetorheological effects of MRG and GMRG

材料	相对磁流变效应 $R e f f$
MRG	35 594.2
GMRG-2	10 922.9
GMRG-5	9 436.8
GMRG-8	3 349.7
GMRG-10	856.7

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